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Modelling Erythroblastic Islands: Using a Hybrid Model to Assess the Function of Central Macrophage

Authors :
Polina Kurbatova
Olivier Gandrillon
Nikolai Bessonov
Stephan Fischer
Fabien Crauste
Vitaly Volpert
COMputational BIology and data miNING (COMBINING)
Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS)
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Multi-scale modelling of cell dynamics : application to hematopoiesis (DRACULA)
Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ)
École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute of Mechanical Engineering Problems [St. Petersburg] (IPME)
Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS)
Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-09-JCJC-0100,ProCell(2009)
Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Camille Jordan (ICJ)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Camille Jordan (ICJ)
Source :
Journal of Theoretical Biology, Journal of Theoretical Biology, Elsevier, 2012, 298, pp.92-106. ⟨10.1016/j.jtbi.2012.01.002⟩, Journal of Theoretical Biology, 2012, 298, pp.92-106. ⟨10.1016/j.jtbi.2012.01.002⟩
Publication Year :
2011

Abstract

International audience; The production and regulation of red blood cells, erythropoiesis, occurs in the bone marrow where erythroid cells proliferate and differentiate within particular structures, called erythroblastic islands. A typical structure of these islands consists of a macrophage (white cell) surrounded by immature erythroid cells (progenitors), with more mature cells on the periphery of the island, ready to leave the bone marrow and enter the bloodstream. A hybrid model, coupling a continuous model (ordinary differential equations) describing intracellular regulation through competition of two key proteins, to a discrete spatial model describing cell-cell interactions, with growth factor diffusion in the medium described by a continuous model (partial differential equations), is proposed to investigate the role of the central macrophage in normal erythropoiesis. Intracellular competition of the two proteins leads the erythroid cell to either proliferation, differentiation, or death by apoptosis. This approach allows considering spatial aspects of erythropoiesis, involved for instance in the occurrence of cellular interactions or the access to external factors, as well as dynamics of intracellular and extracellular scales of this complex cellular process, accounting for stochasticity in cell cycle durations and orientation of the mitotic spindle. The analysis of the model shows a strong effect of the central macrophage on the stability of an erythroblastic island, when assuming the macrophage releases pro-survival cytokines. Even though it is not clear whether or not erythroblastic island stability must be required, investigation of the model concludes that stability improves responsiveness of the model, hence stressing out the potential relevance of the central macrophage in normal erythropoiesis.

Details

Language :
English
ISSN :
00225193 and 10958541
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Theoretical Biology, Journal of Theoretical Biology, Elsevier, 2012, 298, pp.92-106. ⟨10.1016/j.jtbi.2012.01.002⟩, Journal of Theoretical Biology, 2012, 298, pp.92-106. ⟨10.1016/j.jtbi.2012.01.002⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1ebbeecfd29bfd38daaddd15e0b58f09